西门子全数字直流调速装置（中国）销售中心
直流电机调速器。脉宽调制的全称为：Pulse WidthModulator、简称PWM、直流电机调速器就是调节直流电动机速度的设备， 由于直流电动机具有低转速大力矩的特点，是交流电动机无法取代的， 因此调节直流电动机速度的设备—直流调速器，由于它的特殊性能、常被用于直流负载回路中、灯具调光或直流电动机调速、HW-1020型调速器、就是利用脉宽调制(PWM)

        【 ：余鑫（工程师）】                         
 
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直流电机调速器

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直流电机调速器。脉宽调制的全称为：Pulse WidthModulator、简称PWM、直流电机调速器就是调节直流电动机速度的设备， 由于直流电动机具有低转速大力矩的特点，是交流电动机无法取代的， 因此调节直流电动机速度的设备—直流调速器，由于它的特殊性能、常被用于直流负载回路中、灯具调光或直流电动机调速、HW-1020型调速器、就是利用脉宽调制(PWM)原理制作的马达调速器、PWM调速器已经在：工业直流电机调速、工业传送带调速、灯光照明调解、计算机电源散热、直流电扇等、得到广泛应用。

中文名

直流电机调速器

外文名

Pulse WidthModulator

简    称

PWM

选    择

需要较宽的调速范围

工作原理

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HW-A-1020型(DC12v24v电压通用型)调速器、工作原理:是通过改变输出方波的占空比使负载上的平均电流功率从0-*变化、从而改变负载、灯光亮度/电机速度。利用脉宽调制(PWM)方式、实现调光/调速、它的优点是电源的能量功率、能得到充分利用、电路的效率高。例如：当输出为50%的方波时，脉宽调制(PWM)电路输出能量功率也为50%，即几乎所有的能量都转换给负载。而采用常见的电阻降压调速时，要使负载获得电源zui大50%的功率，电源必须提供71%以上的输出功率，这其中21%消耗在电阻的压降及热耗上。大部分能量在电阻上被消耗掉了、剩下才是输出的能量、转换效率非常低。此外HW-A-1020型调速因其采用开关方式热耗几乎不存在、HW-A-1020型调速在低速时扭矩非常大、因为调速器带有自动跟踪PWM、另外采用脉宽调制(PWM)方式、可以使负载在工作时得到几乎满电源电压、这样有利于克服电机内在的线圈电阻而使电机产生更大的力矩率。

选择

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什么场合下要选择使用直流调速器?

一、下列场合需要使用直流调速器:

1． 需要较宽的调速范围。

2. 需要较快的动态响应过程。

3. 加、减速时需要自动平滑的过渡过程。

4. 需要低速运转时力矩大。

5. 需要较好的挖土机特性，能将过载电流自动限止在设定电流上。

以上五点也是直流调速器的应用特点。

二、直流调速器应用:

直流调速器在数控机床、造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、医设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接受系统等行业广泛应用。

三、直流调速器工作原理简单介绍：

直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，上端和交流电源连接，下端和直流电动机连接，直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源，一路输入给直流电机砺磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子），直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢电压输出，以此来再次调节电机的转速。

四、直流电机的调速方案一般有下列3种方式：1、改变电枢电压；2、改变激磁绕组电压；3、改变电枢回路电阻。 zui常用的是调压调速系统，即1（改变电枢电压）.

五、一种模块式直流电机调速器，集电源、控制、驱动电路于一体，采用立体结构布局，控制电路采用微功耗元件，用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换，电路的比例常数、积分常数和微分常数用PID适配器调整。该调速器体积小、重量轻，可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机，可具有调速器所应有的一切功能。

六、现代工业自动化的高速发展也给直流电机的控制与调速提供了大范围的应用与更新:如远程信号传输,远距离调速,高温环境的遥控调速与控制,手动自动集成等。

说明

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1.Z2系列小型直流电机为中华人民共和国机械工业部JB1104-68部颁标准所规定的标准系列小型直流电机

2.Z2系列小型直流电机共分11个机座号，每个机座号有两种铁心长度，制造有直流电动机、直流发电机、直流调压发电机三种，适用于一般正常的工作环境。电动机作一般传动用，发电机作为一般直流电源用，调压发电机作蓄电池组充电用。

3.励磁方式：电动机为带有少量稳定绕组的并激或他激励磁。发电机为复激或他激励磁（额定电压为230伏的发电机），调压发电机为并激励磁（不带串激绕组）。电机的他激励磁电压制成有110伏或220伏二种。电动机额定电压110伏的仅有他励电压110伏一种。

4.Z2系列电机根据使用要求可制成湿热地区使用的具有防潮、防霉、防盐雾性能的湿热带型（TH）直流电机。

5.型号含义：Z表示“直”流，2表示第二次全国定型设计，横线后数字表示机座号与铁心长短，例如Z2-11前一个1代表1号机座，后一个1代表短铁心，而Z2-112中11代表11号机座，2代表长铁心。

结构型式

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1.直流发电机或直流调压发电机仅制造卧式，机座带底脚的一种。

2.直流电动机可制成下表所示的结构型式。结 构 型 式 代号 电机型号卧式机座带有底脚 B3（D2）Z2-11~112。 卧式机座带底脚，端盖有凸缘 B35（D2/T2）Z2-11~82 <br>卧式机座不带底脚，端盖有凸缘 B5（T2）Z2-11~62 。立式机座不带底脚，端盖有凸缘（轴伸向下） V1（L3）Z2-11~112 。立式机座带有底脚，端盖有凸缘（轴伸向下）V15（L3/D2） Z2-11~82

直流调速器

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直流调速器是一种电机调速装置，包括电机直流调速器、脉宽直流调速器、可控硅直流调速器等，一般为模块式直流电机调速器，集电源、控制、驱动电路于一体，采用立体结构布局，控制电路采用微功耗元件，用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换，电路的比例常数、积分常数和微分常数用PID适配器调整。具有体积小、重量轻等特点，可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机，可具有调速器所应有的一切功能。

中文名

直流调速器

性    质

电机调速装置

包    括

电机直流调速器等

适用场合

需要较宽的调速范围等

基本介绍

直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，

直流调速器(图一）

由于直流电动机具有低转速大力矩的特点，是交流电动机无法取代的，因此调节直流电动机速度的设备——直流调速器具有广阔的应用天地。

适用场合

下列场合需要使用直流调速器：

1.需要较宽的调速范围；

2.需要较快的动态响应过程；

3.加、减速时需要自动平滑的过度过程；

4.需要低速运转时力矩大；

5.需要较好的挖土机特性，能将过载电流自动限制在设定电流上。

以上五点也是直流调速器的应用特点。

应用范围

数控机床、造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、

直流调速器（图二）

包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车辆、医疗设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接收系统等。

词条标签：

科技产品 ， 科学

直流电机

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直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。 [1]

中文名

直流电机

外文名

direct current machine

分    类

直流电动机、直流发电机

领    域

工业等

组成结构

直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。

定子

（1）主磁极

主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成。

直流电机（图1）

铁心一般用0.5mm～1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分，上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，既可以调整气隙中磁场的分布，又便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上。整个主磁极用螺钉固定在机座上，

（2）换向极

换向极的作用是改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花，一般装在两个相邻主磁极之间，由换向极铁心和换向极绕组组成。换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心上，换向极的数目与主磁极相等。

（3）机座

电机定子的外壳称为机座。机座的作用有两个：

一是用来固定主磁极、换向极和端盖，并起整个电机的支撑和固定作用；

二是机座本身也是磁路的一部分，借以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为磁轭。为保证机座具有足够的机械强度和良好的导磁性能，一般为铸钢件或由钢板焊接而成。

（4）电刷装置

电刷装置是用来引入或引出直流电压和直流电流的。电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷放在刷握内，用弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好的滑动接触，刷握固定在刷杆上，刷杆装在圆环形的刷杆座上，相互之间必须绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内盖上，圆周位置可以调整，调好以后加以固定。

转子

（1）电枢铁心

电枢铁心是主磁路的主要部分，同时用以嵌放电枢绕组。

直流电机（图2）

一般电枢铁心采用由0.5mm厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而成，以降低电机运行时电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗。叠成的铁心固定在转轴或转子支架上。铁心的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。

（2）电枢绕组

电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量变换的关键部件，所以叫电枢。它是由许多线圈（以下称元件）按一定规律连接而成，线圈采用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成，不同线圈的线圈边分上下两层嵌放在电枢槽中，线圈与铁心之间以及上、下两层线圈边之间都必须妥善绝缘。为防止离心力将线圈边甩出槽外，槽口用槽楔固定。线圈伸出槽外的端接部分用热固性无纬玻璃带进行绑扎。

（3）换向器

在直流电动机中，换向器配以电刷，能将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流，

直流电机（图3）

使电磁转矩的方向恒定不变；在直流发电机中，换向器配以电刷，能将电枢线圈中感应产生的交变电动势转换为正、负电刷上引出的直流电动势。换向器是由许多换向片组成的圆柱体，换向片之间用云母片绝缘。

（4）转轴

转轴起转子旋转的支撑作用，需有一定的机械强度和刚度，一般用圆钢加工而成。

主要分类

直流发电机

直流发电机是把机械能转化为直流电能的机器。它主要作为直流电动机、电解、

直流电机（图6）

电镀、电冶炼、充电及交流发电机的励磁电源等所需的直流电机。虽然在需要直流电的地方，也用电力整流元件，把交流电转换成直流电，但从某些工作性能方面来看，交流整流电源还不能*取代直流发电机。

直流电动机

将直流电能转换为机械能的转动装置。电动机定子提供磁场，直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。根据是否是否配置有常用的电刷-换向器可以将直流电动机分为两类，包括有刷直流电动机和无刷直流电动机。

无刷直流电机是近几年来随着微处理器技术的发展和高开关频率、

直流电机（图7）

低功耗新型电力电子器件的应用，以及控制方法的优化和低成本、高磁能级的永磁材料的出现而发展起来的一种新型直流电动机。

无刷直流电机既保持了传统直流电机良好的调速性能又具有无滑动接触和换向火花、可靠性高、使用寿命长及噪声低等优点，因而在航空航天、数控机床、机器人、电动汽车、计算机外围设备和家用电器等方面都获得了广泛应用。

按照供电方式的不同，无刷直流电机又可以分为两类：方波无刷直流电动机，其反电势波形和供电电流波形都是矩形波，又称为矩形波永磁同步电动机；正弦波无刷直流电动机，其反电势波形和供电电流波形均为正弦波。

励磁方式

励磁方式是指旋转电机中产生磁场的方式，直流电机的励磁方式分为四种：

他励直流电机

励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称为他励直流电机，永磁直流电机也可看作他励或自激直流电机，一般直接称作励磁方式为永磁。

并励直流电机

并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。

串励直流电机

串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源。这种直流电机的励磁电流就是电枢电流。

复励直流电机

复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组。若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势方向相反，则称为差复励。

不同励磁方式的直流电机有着不同的特性。一般情况直流电动机的主要励磁方式是并励式、串励式和复励式,直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和复励式。 [2] 

型号命名

国产电机型号一般采用大写的英文的汉语拼音字母的阿拉伯数字表示，

直流电机（图4）

其格式为：*部分用大写的拼音字母表示产品代号，第二部分用阿拉伯数字表示设计序号，第三部分用阿拉伯数字表示机座代号，第四部分用阿拉伯数字表示电枢铁心长度代号。

工作原理

直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。

直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，

直流电机（图5）

靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。

感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向）。

导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。

控制原理

直流无刷电机的控制原理，要让电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子所在位置，然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序，inverter中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体管)，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。当电机转子转动到hall-sensor感应出另一组信号的位置时，控制部又再开启下一组功率晶体管，如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管)；要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。
　　基本上功率晶体管的开法可举例如下：AH、BL一组→AH、CL一组→BH、CL一组→BH、AL一组→CH、AL一组→CH、BL一组，但绝不能开成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因为电子零件总有开关的响应时间，所以功率晶体管在关与开的交错时间要将零件的响应时间考虑进去，否则当上臂(或下臂)尚未*关闭，下臂(或上臂)就已开启，结果就造成上、下臂短路而使功率晶体管烧毁。
　　当电机转动起来，控制部会再根据驱动器设定的速度及加/减速率所组成的命令(Command)与hall-sensor信号变化的速度加以比对(或由软件运算)再来决定由下一组(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)开关导通，以及导通时间长短。速度不够则开长，速度过头则减短，此部份工作就由PWM来完成。PWM是决定电机转速快或慢的方式，如何产生这样的PWM才是要达到较精准速度控制的核心。
　　高转速的速度控制必须考虑到系统的CLOCK 分辨率是否足以掌握处理软件指令的时间，另外对于hall-sensor信号变化的资料存取方式也影响到处理器效能与判定正确性、 实时性。至于低转速的速度控制尤其是低速起动则因为回传的hall-sensor信号变化变得更慢，怎样撷取信号方式、处理时机以及根据电机特性适当配置控制参数值就显得非常重要。或者速度回传改变以encoder变化为参考，使信号分辨率增加以期得到更佳的控制。电机能够运转顺畅而且响应良好，P.I.D.控制的恰当与否也无法忽视。之前提到直流无刷电机是闭回路控制，因此回授信号就等于是告诉控制部电机转速距离目标速度还差多少，这就是误差(Error)。知道了误差自然就要补偿，方式有传统的工程控制如P.I.D.控制。但控制的状态及环境其实是复杂多变的，若要控制的坚固耐用则要考虑的因素恐怕不是传统的工程控制能*掌握，所以模糊控制、专家系统及神经网络也将被纳入成为智能型P.I.D.控制的重要理论。